电力监控管理系统

电力监控管理系统

 

概述

        由武汉舜通智能科技有限公司所开发的QTouch电力监控管理系统是软、硬件都已实现标准化、模块化的集成式定制产品，可以集中或分布配置。它是电力系统终端用户从10kV开闭站到400V低压配电室进行“遥信、遥测、遥控、遥调”以及故障就地自动应急处理的最佳解决方案。采用该系统后可以真正做到变电站的无人或少人值守及与用户的实时互动。因此，它也是智能电网和配网自动化的重要组成部分。
 

        QTouch电力监控管理系统可对中、低压配电柜、直流屏、变压器、UPS电源、柴油发电机组等多种变电、配电设备进行全方位的监测和控制；可对配电系统的供电质量进行连续不断的实时监测，为谐波污染的治理并降低供配电系统的能耗和进行故障及事故原因的分析提供可靠的数据和信息；可在各种情况下保证系统的可操作性，具有多重软件联锁能完全防止误操作；除可进行遥控外，系统还具有自动进行故障的应急处理和负荷管制等强大功能；它具有可视化的人机界面，能实时监控供电系统的运行状况，自动记录进行参数、故障报警和操作内容等各种事件，管理完全实现自动化；它具有开放的通信接口，可以用OPC等多种方式与IBMS及其它计算机系统进行通信上传数据，从而成为配网自动化系统或建筑设备自动化监控管理系统、能源管理系统的一个组成部分；它的智能化程度高，变电站可实现无人或少人值守，大大减少人工费用；同时其故障自动应急处理和负荷管制功能，保证供电的连续性，缩短停电时间，降低因停电所造成的经济损失。

        QTouch电力监控管理系统具有既先进又实用的强大功能和长时间稳定运行的良好性能，因此它不仅被应用在诸如北京首都国际机场3号航站楼等许多重要的大型公共建筑中，也用于像北京亦庄定海园小区等众多的民用项目中，并且都获得了用户的好评，取得了良好的经济和社会效益。
 

需求分析

总则

        整套电力监控管理系统包括系统监视主机，打印机，通讯管理机，综合保护测控装置，智能配电仪表装置。整套通信系统包括通信总线等。整套系统供应电源包括监视主机，打印机，通信管理机的UPS 电源等。其他必需安装附件。
 

系统要求

系统结构

        变电站以计算机站控系统为核心，对整个变电站的一次主设备实现遥测，遥信，遥控，遥调功能，对二次设备和辅助设备实现远方的控制。系统可以根据电网运行方式的要求，实现各种闭环控制功能。实现对全部的一次设备进行监视、测量、控制、记录和报警功能，并与保护设备和远方控制中心通讯，实现变电站综合自动化。

        系统采用分布式数据库。综合自动化系统分为二层：站级控制层和间隔级控制层，间隔级控制层将采集和处理后的数据信号，经光纤媒介传输到站级控制层，通过通信网在站控层溶为一体。各间隔级单元相互独立，不相互影响，功能上不依赖于站控计算机，增强整个系统的可靠性和可用性。
 

系统功能

(a) 总的要求

        综合自动化系统综合和集中变电站的所有功能，应用自动控制技术、计算机数字化技术和数字化信息传输技术，将变电站相互有关连的各部分总成为一个有机的整体，用以完成从变电站安全监测、远方监视调度控制到单个点和公共点的操作处理。系统的设计、配置和选型应符合国际标准、国际工业标准以及国内标准。
 

(b) 数据采集与处理

        通过间隔层单元采集来自生产过程的模拟量、数字量及温度量等，生产过程设备包括CT、PT、配电装置保护、直流系统、所用电系统等。对所采集的输入量进行数字滤波，有效性检查，工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、刻度计算等加工。从而产生出可供应用的电流、电压、有功功率、无功功率、电度、功率因数等各种实时数据，供数据库更新。系统应形成分布式的数据库结构，在就地控制单元中保留本地处理的各种实时数据。
 

(c) 统计计算

        对实时数据进行统计、分析、计算，例如通过计算产生电压合格率、有功、无功、电流、总负荷、功率因数、电量日、月、年最大值、最小值及出现的时间、日期、负荷率、电能分时段累计值、数字输入状态量逻辑运算值等，设备正常、异常变位次数并加以区分等，并提供一些标准计算函数，用来产生用户可定义的虚拟测点进行平均值、积分值和其它计算统计。具体算法按甲方提出的要求制定。
 

(d) 画面显示

(i) 概述

        A. 通过站级控制机的21 英寸彩色液晶显示器和人机联系工具显示变电站各种信息画面，显示内容主要包括全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用电系统的信息、各测量值的实时数据，各种告警信息、计算机监控系统的状态信息。

        B. 在需要分区显示的画面中，可按要求分为：过程画面区、提示信息区、报警信息区，各区以相互不干扰的方式同步显示信息。

       C. 显示画面可由用户在线以交互式进行修改、定义、编辑、生成、删除，画面总数≥60 幅。
 

(ii) 画面显示的形式：显示器上显示的各种信息以报告、图形、声光等形式及时提供给运行人员。
 

(iii) 显示画面的调用：运行人员在工作站上通过控制键盘、鼠标实现对监视画面的调用。调用方式力求简单，最好手动操作一次完成，最多不超过三次。

(e) 打印记录：记录功能指计算机站控系统通过打印机将各种要求的信息按指定的格式输出到打印纸上。

(f) 事件顺序记录：事件顺序记录的内容为事故状态变化的快速记录，时间分辨率应不大于1 毫秒，并按要求的报告形式打印输出。

(g) 报警处理：报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号。后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限、复限、计算机站控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常等。

(h) 控制功能：对变电所各电压等级断路器，有载调压开关等采用就地和远方控制方式：
 

(i) 就地控制方式： 10 kV 开关柜上可进行断路器分、合操作；35 kV 开关柜上可进行断路器分、合操作；主变有载调压开关机构箱上可进行升、降、停操作；
 

(ii) 远方控制方式：站级控制层控制方式，调度端控制方式；
 

(iii) 就地和远方操作选择开关：对于10kV开关柜，装设在柜上；对于35kV开关柜，装设在柜上。
 

(iv) 远方调度中心控制操作方式的选择切换在站级控制层中以软件开关的形式完成。
 

(i) 操作权限：具有操作权限等级管理，当输入正确操作口令和监护口令才有权进行操作控制，参数修改，并将信息给予记录。并具有记录操作修改人，操作修改内容的功能。

(j) 信息分层：站控单元应具有信息分层功能，并能将信息分类、归并。

(k) 远方信息交换：计算机站控系统实现与远方调度中心的信息交换，即与电力调度部门通信,具体的功能已在有关章节描述。

(l) 时钟同步：计算机监控系统可实现与调度端的时钟同步。

(m) 与其他设备的接口：计算机监控系统应具备与甲方配置的其他设备的接口能力。
 

(i) 与保护设备接口：计算机站控系统可以与安装在开关室和控制室内各个间隔层单元的各保护设备接口，接口采用两种方式，一种是与数字化保护测控一体化装置通过现场总线通讯。另一种则通过电缆连接将非数字化保护设备的接点状态输入到计算机的I/0通道。
 

(ii) 与调度端的接口：计算机监控系统通过通信控制器提供与电力调度部门计算机监控系统独立的数据通信口。
 

(iii) 所采用的通信规约及连接方式应根据电力调度部门的要求，用户可在线在工作站上自行定义编辑与远方通信的数据集(包括控制点设置)。
 

(iv) 与其他设备的接口：系统提供与模拟屏、直流屏、智能电度表、消防等设备的数据通信口。并预留一定数量的数据通信口和I/O接口作备用。

(n) 维护功能：维护功能指变电站负责管理计算机监控系统的工程师通过工作站对该系统进行的诊断、管理、维护、扩充等工作。

(i) 数据库维护：工程师用交互方式在线对数据库中的各个数据项进行修改和增删。
 

(ii) 功能维护：自动控制功能的启动停止，对各种应用功能运行状态的监测，各种报表的在线生成和显示画面的在线编辑。
 

 (iii) 站控系统的故障诊断：对计算机站控系统的各个设备进行状态检查，通过在线自诊断确定故障发生的部位，并发出报警信号，检查、诊断的结果可显示、打印出来。
 

11.3.系统结构设计

        QTouch电力监控管理系统采用分布式配置，终端采集设备分别配置在400V低压配电柜、10kV中压配电柜、变压器以及直流屏中，所有终端采集设备均通过RS485通讯接口经现场总线与监控计算机进行通讯。电力监控管理计算机设在变电室值班室内。

        电力监控管理系统原理图见图一所示。

 

 

图一   电力监控管理系统原理图

 

QTouch电力监控管理系统按监控功能可分为：现场监控层、通信网络层和系统管理层。
 

3.1.现场监控层

         集中式现场监控层包括：分别配置在各低压配电柜内的网络电力仪表和现场监控装置以及10kV微机综保装置、变压器温控器、直流屏控制器等。
 

3.2.通信网络层

        通信网络层包括：现场总线通信网络和以太网通信网络这两部分。前者是现场监控层中设备与监控计算机或设备之间进行通信的通信网络，常见有RS485通信接口，支持Modbus-RTU协议的现场总线；后者是现场总线与监控计算机进行通信的通信网络，主要设备有串口联网服务器和以太网交换机等设备。

 

3.3.系统管理层

        系统管理层包括：位于中控室内的电力监控管理计算机及其外围设备、网络通信设备等。

4. QTouch电力监控管理系统的功能

4.1.对10kV中压配电系统的监测功能

        A)对10kV中压配电柜的监测功能：通过微机综合保护装置和网络电力仪表用通讯方式实时监测微机综保装置和10kV真空断路器（10kV进线、出线和母联柜真空断路器）提供的以下参数和信号：三相电压（相电压、线电压）；三相电流；零序电压、零序电流；频率；功率因数；功率（有功功率、无功功率、视在功率）；电能（有功电度、无功电度）；断路器/负荷开关的状态信号、故障跳闸信号、接地故障信号、断路器位置信号、隔离手车位置信号、弹簧储能状态信号；接地刀位置信号；自动/手动状态信号、控制回路断线信号；微机综合保护装置的故障跳闸信号和内部故障信号。可记录12个模拟量和64个开关量信号通道，最多可记录100条故障录波，最长可达20秒。模拟量通道可记录测量电流和电压的波形或趋势。可记录512个带时标的事件（SOE）记录。装置定义了4个级别的操作权限：浏览者、操作员、工程师和管理员。

B)对变压器的监测功能

        通过RS485通信接口，支持Modbus-RTU工业现场总线用通讯方式将来自变压器温控器的下列参数和信号送到监控计算机进行监测：三相绕组的温度；超温报警信号；冷却风机运行/停止和故障报警信号。

 

C)对直流屏的监测功能

        与监测变压器类似用通讯方式监测直流屏的以下参数和信号：输出母线电压、蓄电池电压、蓄电池电流、蓄电池内阻；输出母线过电压、欠电压、装置失电报警信号；进线（两路）电源状态信号：绝缘下降、系统接地故障信号、直流故障信号、高频开关电源模块故障信号、控制器故障信号；浮充、均充以及预告警、单体电池失效告警、故障等信号。

 

对400V低压配电系统的监测功能

        低压配电柜运行参数的监测功能：通过安装在低压配电柜上的网络电力仪表用通讯方式实时监测400V断路器提供的以下参数和信号：三相电压（相电压、线电压）；三/单相电流；频率；功率因数；功率（有功功率、无功功率、视在功率）；断路器分/合信号、故障信号；有功电度、无功电度；4路DI量，2路DO量；电压、电流精度0.2%，有功、无功精度0.5%。

4.3.管理功能

       监控界面：友好的人机界面，方便运行人员及时准确的了解系统运行情况，监控界面以不同的颜色显示所有断路器或其他配电设备的工作/故障状态，与实际情况完全一致，且系统运行参数可实时显示供用户查阅。如下图所示：

 

 

 

图二  低压一次系统图                                                                  图三  子画面功能

用户管理

        对用户进行分级管理，使系统管理员对运行人员的操作权限进行设置，用户分成一般操作员、系统管理员和工程配置员三个等级，并由用户名和口令字唯一确定，保证操作的安全可靠性，从而使系统能够安全稳定的运行。如下图所示：
 

                                                                                                         

图四  用户管理                                                                             图五  用户登录

 

历史数据存储与查询功能：

        定时存储监控数据，并为用户提供历史曲线查询和报表查询等功能。如图六所示。
        事件报警及报警信息查询功能：监控系统可实时监测并记录开关的运行状态变位、故障报警、通讯异常报警、越线报警等报警信息，同时弹出报警提示窗口或在监控画面上以图形方式进行显示。这里断路器的故障图标只有在故障消除后才会消失。

        报警信息查询包括：报警类型、发生报警的对象、报警内容、发生报警具体时间、确认状态等；通过报警信息查询功能，方便用户对事故进行分析和对系统进行维护。如图七所示。
 

 

                                           

图六  历史曲线查询                                                                            图七  报警信息查询

 

电能统计及报表管理功能

        监控系统可为用户提供电能消耗统计功能，并可以进行查询和打印等功能。如下图所示。
 

 

                                           

图八  电能查询                                                                            图九  电能报表

 

其他辅助功能

        主要包括：网络测试、数据备份、报文诊断和用户文件管理。监控管理软件不断进行通信状态监测和通信报文监测，一旦出现通信异常立即报警。